本发明涉及一种绝缘防腐气溶胶灭火剂的制备方法，属于消防工程领域。
背景技术
灭火器是一种可携式灭火工具。灭火器内放置化学物品，用以救灭火灾。灭火器是常见的防火设施之一，存放在公众场所或可能发生火灾的地方，不同种类的灭火筒内装填的成分不一样，是专为不同的火警而设。使用时必须注意以免产生反效果及引起危险。
气溶胶是指以固体或液体为分散相，以气体为分散介质所形成的溶胶。一般来说，这种物系是稳定的或准稳定的，其液相或固相成分的颗粒直径小于1μm。气溶胶灭火剂灭火机理为：经过燃烧产生的固体或液体气溶胶颗粒与火焰中的活性基如o、h、oh等发生化学和物理作用，如吸收氧气、隔绝氧气、吸收热量等作用，阻止燃烧反应持续进行，以达到灭火的目的。理想的热气溶胶灭火气体是具有灭火作用的气体包裹着具体有灭火作用的固体颗粒随着化学反应产生的气浪，悬浮于空中，弥漫地绕过障碍物，由于热力学和分子动力学的原理，追踪火源处热量对于着火点进行灭火。在这个气体产生直至灭火的过程中，如果固体颗粒的粒径太大，则气体不能承载，并且微粒会很快沉降，起不到完全灭火的效果；但是如果微粒有太小，又容易被气流带动，可能远离着火点或者火源位置，同样也起不到立项的灭火效果。
现有技术中的气溶胶灭火剂使用时仍然存在如下问题需要解决，包括：（1）气溶胶灭火剂燃烧的温度波动较大，具有燃烧不稳定的问题；（2）释放的气溶胶颗粒温度过高，容易伤害消防员、其他人员或者设备。在高温下形成的气溶胶微粒具有很大浮力，容易随着气流波动，影响灭火的效果；（3）气溶胶微粒中的金属盐类和金属氧化物等均有一定的导电性，容易引起电器设备短路。此外，由于现有的气溶胶灭火剂通常是以硝酸钾作为氧化剂，钾盐为主的k型热气溶胶灭火气体发生剂，但由于反应后的产物k2o极易吸收空气中的水分发生潮解，进而腐蚀保护区内的设备和文件，严重的会导致设备报废。
因此，提供一种制备上述灭火安全可靠，效率高的灭火剂的方法意义非常重要。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，针对目前气溶胶灭火剂，释放的气溶胶颗粒温度过高，容易伤害消防员，另外，气溶胶微粒中的金属盐类和金属氧化物等均有一定的导电性，容易引起电器设备短路，以钾盐为主的k型热气溶胶灭火气体发生剂，由于反应后的产物k2o极易吸收空气中的水分发生潮解，进而腐蚀保护区内的设备和文件，严重的会导致设备报废的缺陷，提供了一种绝缘防腐气溶胶灭火剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种绝缘防腐气溶胶灭火剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，将10～15份硅溶胶、4～6份硝酸溶液和16～20份无水乙醇混合加入烧杯中搅拌15～20min，得到混合液，向三口烧瓶加入100～110份正庚烷、4～6份正丁醇和0.1～0.3份蔗糖酯，将混合液用恒压滴液漏斗滴加至三口烧瓶中，同时启动搅拌器，以100～120r/min的转速搅拌30～45min后，滴加4～5份氨水并添加30～40份纳米纤维素，等待10～15min后，过滤去除滤液，得到滤饼；
（2）按重量份数计，分别称量5～10份硝酸钾、20～25份硝酸锶、10～15份二甲基亚砜、10～15份上述制备的滤饼和45～50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并水浴加热，待水浴加热完成后，向烧杯中滴加无水乙醇，待滴加至无沉淀产生后，过滤并收集滤渣，用无水乙醇洗涤3～5次后，冷冻干燥，制备得到改性纤维素；
（3）将上述制备的改性纤维素与去离子水搅拌混合，制备得到纤维素溶液，随后按重量份数计，分别称量10～20份木质素磺酸钠、45～50份纤维素溶液、2～3份过硫酸铵、10～15份乙二胺和15～20份丙烯酸单体置于烧杯中，搅拌混合水浴加热，自然冷却至室温，得到改性凝胶液；
（4）按重量份数计，将40～45份双酚a型环氧树脂与20～22份聚硫橡胶混合，随后置于烘箱中加热，得到混合树脂，再向混合树脂中加入10～15份顺丁烯二酸酐、10～15份氧化锌、4～5份邻苯二甲酸二丁脂、8～10份苯乙烯和2～3份过氧化苯甲酰，得到包覆剂；
（5）将上述制备的改性凝胶液旋转蒸发，得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液置于冷冻干燥，得到固体胶粉，将固体胶粉研磨后装入模具中，随后注入包覆剂，对模具加热升温，保温，得到绝缘防腐气溶胶灭火剂。
步骤（1）所述的硅溶胶的质量分数为25%，硝酸溶液的质量分数为5%，搅拌时间为15～20min，恒压滴液漏斗滴加速率为3～5ml/min，氨水的质量分数为5%。
步骤（2）所述的水浴加热温度为75～80℃，水浴加热时间为2～3h，冷冻干燥温度为-40～-20℃，冷冻干燥时间为20～24h。
步骤（3）所述改性纤维素与去离子水混合质量比为1:5，水浴加热温度为45～50℃，水浴加热时间为2～3h。
步骤（4）所述的烘箱设定温度为60～75℃，加热时间为20～25min。
步骤（5）所述的旋转蒸发温度为70～80℃，旋蒸后所得凝胶浓缩液为原体积的1/3，冷冻干燥温度为-35～-30℃，冷冻干燥时间为3～5h，固体胶粉研磨后粒度为200～300目，加热升温后温度为80～90℃，保温时间为2～3h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将硅溶胶、硝酸溶液、无水乙醇混合得到混合液，将正庚烷、正丁醇和蔗糖酯加入三口烧瓶，向三口烧瓶中滴加混合液，搅拌反应并添加氨水和纳米纤维素，得到滤饼，将滤饼、二甲基亚砜混合加热反应，并掺入硝酸钾和硝酸锶，经过冷冻干燥制备得到改性纤维素，将改性纤维素配制成纤维素溶液，与木质磺酸钠、乙二胺、丙烯酸单体等混合，在水浴加热条件下用过硫酸铵引发接枝反应，制备得到改性凝胶液，以双酚a型环氧树脂与聚硫橡胶为主料，掺杂顺丁烯二酸酐、氧化锌、邻苯二甲酸二丁脂、苯乙烯和过氧化苯甲酰等物质，得到包覆剂，最后将改性凝胶液旋蒸得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液冷冻干燥得到固体胶粉，再将固体胶粉置于模具中，注入包覆剂，加热升温得到绝缘防腐气溶胶灭火剂，本发明通过将纳米纤维素酰化改性后再与丙烯酸接枝反应，形成定型的凝胶物质，由于纳米纤维素制得的凝胶具有较高的结晶度和长径比，纳米纤维素分散在水中时，借助纤维间的氢键及长纤维的缠结可以形成三维网络结构，得到稳定的水凝胶，纤维为气溶胶颗粒提供了稳定的网络骨架，并能够结合空气中水分，形成高热耗散的气溶胶颗粒，有利于降低释放的气溶胶颗粒温度，减少它对消防工作人员的伤害；
（2）本发明中气溶胶微球形成时硅溶胶在水性溶剂的分散下，进入气溶胶颗粒微球内部，二氧化硅中氧原子与纤维素气溶胶颗粒的氢原子构成氢键，在单个气溶胶颗粒中氢键使气溶胶颗粒微球的半径减小，在多个气溶胶颗粒微球间，使微球间孔隙减小，但综合来看，单位体积的气溶胶颗粒中微球更致密，孔隙率增加，从而使气溶胶颗粒的应力分散效果得到提升，气溶胶颗粒的小粒径保证了它能在空气中高度分散并可在空中停留较长时间，提高其抗复燃时间，本发明中改性纤维素与丙烯酸接枝后形成的凝胶起到对气溶胶颗粒相互粘结作用，保证气溶胶间的高传热效率，并且作为还原剂成分，能使炭化后的材料产生二氧化碳阻燃，非导电的纤维网络和树脂对导电性氧化物的包覆，能够降低金属盐类和金属氧化物的导电性能，以钾盐为主的k型热气溶胶添加大量的硝酸锶代替硝酸钾，硝酸锶与空气中水生成的氢氧化锶比氢氧化钾碱性弱，且吸湿性小，能有效减少灭火后残余固体颗粒对金属设备的腐蚀，应用前景广阔。
具体实施方式
按重量份数计，将10～15份质量分数为25%的硅溶胶、4～6份质量分数为5%的硝酸溶液和16～20份无水乙醇混合加入烧杯中搅拌15～20min，得到混合液，向三口烧瓶加入100～110份正庚烷、4～6份正丁醇和0.1～0.3份蔗糖酯，将混合液用恒压滴液漏斗以3～5ml/min的滴加速率滴加至三口烧瓶中，同时启动搅拌器，以100～120r/min的转速搅拌30～45min后，滴加4～5份质量分数为5%的氨水并添加30～40份纳米纤维素，等待10～15min后，过滤去除滤液，得到滤饼；按重量份数计，分别称量5～10份硝酸钾、20～25份硝酸锶、10～15份二甲基亚砜、10～15份上述制备的滤饼和45～50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于75～80℃条件下水浴加热2～3h，待水浴加热完成后，向烧杯中滴加无水乙醇，待滴加至无沉淀产生后，过滤并收集滤渣，用无水乙醇洗涤3～5次后，在-40～-20℃下冷冻干燥20～24h，制备得到改性纤维素；按质量比为1:5将上述制备的改性纤维素与去离子水搅拌混合，制备得到纤维素溶液，随后按重量份数计，分别称量10～20份木质素磺酸钠、45～50份纤维素溶液、2～3份过硫酸铵、10～15份乙二胺和15～20份丙烯酸单体置于烧杯中，搅拌混合并置于45～50℃下水浴加热2～3h，自然冷却至室温，得到改性凝胶液；按重量份数计，将40～45份双酚a型环氧树脂与20～22份聚硫橡胶混合，随后置于设定温度为60～75℃的烘箱中加热20～25min，得到混合树脂，再向混合树脂中加入10～15份顺丁烯二酸酐、10～15份氧化锌、4～5份邻苯二甲酸二丁脂、8～10份苯乙烯和2～3份过氧化苯甲酰，得到包覆剂；将上述制备的改性凝胶液置于70～80℃条件下旋转蒸发至原体积的1/3，得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液置于-35～-30℃下真空冷冻干燥3～5h，得到固体胶粉，将固体胶粉研磨至200～300目，装入模具中，随后注入包覆剂，对模具加热升温至80～90℃，保温2～3h，得到绝缘防腐气溶胶灭火剂。
按重量份数计，将10份质量分数为25%的的硅溶胶、4份质量分数为5%的硝酸溶液和16份无水乙醇混合加入烧杯中搅拌15min，得到混合液，向三口烧瓶加入100份正庚烷、4份正丁醇和0.1份蔗糖酯，将混合液用恒压滴液漏斗以3ml/min的滴加速率滴加至三口烧瓶中，同时启动搅拌器，以100r/min的转速搅拌30min后，滴加4份质量分数为5%的氨水并添加30份纳米纤维素，等待10min后，过滤去除滤液，得到滤饼；按重量份数计，分别称量5份硝酸钾、20份硝酸锶、10份二甲基亚砜、10份上述制备的滤饼和45份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于75℃条件下水浴加热2h，待水浴加热完成后，向烧杯中滴加无水乙醇，待滴加至无沉淀产生后，过滤并收集滤渣，用无水乙醇洗涤3次后，在-40℃下冷冻干燥20h，制备得到改性纤维素；按质量比为1:5将上述制备的改性纤维素与去离子水搅拌混合，制备得到纤维素溶液，随后按重量份数计，分别称量10份木质素磺酸钠、45份纤维素溶液、2份过硫酸铵、10份乙二胺和15份丙烯酸单体置于烧杯中，搅拌混合并置于45℃下水浴加热2h，自然冷却至室温，得到改性凝胶液；按重量份数计，将40份双酚a型环氧树脂与20份聚硫橡胶混合，随后置于设定温度为60℃的烘箱中加热20min，得到混合树脂，再向混合树脂中加入10份顺丁烯二酸酐、10份氧化锌、4份邻苯二甲酸二丁脂、8份苯乙烯和2份过氧化苯甲酰，得到包覆剂；将上述制备的改性凝胶液置于70℃条件下旋转蒸发至原体积的1/3，得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液置于-35℃下真空冷冻干燥3h，得到固体胶粉，将固体胶粉研磨至200目，装入模具中，随后注入包覆剂，对模具加热升温至80℃，保温2h，得到绝缘防腐气溶胶灭火剂。
按重量份数计，将13份质量分数为25%的的硅溶胶、5份质量分数为5%的硝酸溶液和18份无水乙醇混合加入烧杯中搅拌17min，得到混合液，向三口烧瓶加入105份正庚烷、5份正丁醇和0.2份蔗糖酯，将混合液用恒压滴液漏斗以4ml/min的滴加速率滴加至三口烧瓶中，同时启动搅拌器，以110r/min的转速搅拌37min后，滴加4份质量分数为5%的氨水并添加35份纳米纤维素，等待13min后，过滤去除滤液，得到滤饼；按重量份数计，分别称量7份硝酸钾、23份硝酸锶、13份二甲基亚砜、13份上述制备的滤饼和47份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于79℃条件下水浴加热27h，待水浴加热完成后，向烧杯中滴加无水乙醇，待滴加至无沉淀产生后，过滤并收集滤渣，用无水乙醇洗涤4次后，在-30℃下冷冻干燥22h，制备得到改性纤维素；按质量比为1:5将上述制备的改性纤维素与去离子水搅拌混合，制备得到纤维素溶液，随后按重量份数计，分别称量15份木质素磺酸钠、47份纤维素溶液、2份过硫酸铵、13份乙二胺和17份丙烯酸单体置于烧杯中，搅拌混合并置于47℃下水浴加热2h，自然冷却至室温，得到改性凝胶液；按重量份数计，将43份双酚a型环氧树脂与21份聚硫橡胶混合，随后置于设定温度为67℃的烘箱中加热23min，得到混合树脂，再向混合树脂中加入13份顺丁烯二酸酐、13份氧化锌、4份邻苯二甲酸二丁脂、9份苯乙烯和2份过氧化苯甲酰，得到包覆剂；将上述制备的改性凝胶液置于75℃条件下旋转蒸发至原体积的1/3，得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液置于-33℃下真空冷冻干燥4h，得到固体胶粉，将固体胶粉研磨至250目，装入模具中，随后注入包覆剂，对模具加热升温至85℃，保温2h，得到绝缘防腐气溶胶灭火剂。
按重量份数计，将15份质量分数为25%的的硅溶胶、6份质量分数为5%的硝酸溶液和20份无水乙醇混合加入烧杯中搅拌20min，得到混合液，向三口烧瓶加入110份正庚烷、6份正丁醇和0.3份蔗糖酯，将混合液用恒压滴液漏斗以5ml/min的滴加速率滴加至三口烧瓶中，同时启动搅拌器，以120r/min的转速搅拌45min后，滴加5份质量分数为5%的氨水并添加40份纳米纤维素，等待15min后，过滤去除滤液，得到滤饼；按重量份数计，分别称量10份硝酸钾、25份硝酸锶、15份二甲基亚砜、15份上述制备的滤饼和50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于80℃条件下水浴加热3h，待水浴加热完成后，向烧杯中滴加无水乙醇，待滴加至无沉淀产生后，过滤并收集滤渣，用无水乙醇洗涤5次后，在-20℃下冷冻干燥24h，制备得到改性纤维素；按质量比为1:5将上述制备的改性纤维素与去离子水搅拌混合，制备得到纤维素溶液，随后按重量份数计，分别称量20份木质素磺酸钠、50份纤维素溶液、3份过硫酸铵、15份乙二胺和20份丙烯酸单体置于烧杯中，搅拌混合并置于50℃下水浴加热3h，自然冷却至室温，得到改性凝胶液；按重量份数计，将45份双酚a型环氧树脂与22份聚硫橡胶混合，随后置于设定温度为75℃的烘箱中加热25min，得到混合树脂，再向混合树脂中加入15份顺丁烯二酸酐、15份氧化锌、5份邻苯二甲酸二丁脂、10份苯乙烯和3份过氧化苯甲酰，得到包覆剂；将上述制备的改性凝胶液置于80℃条件下旋转蒸发至原体积的1/3，得到凝胶浓缩液，将凝胶浓缩液置于-30℃下真空冷冻干燥5h，得到固体胶粉，将固体胶粉研磨至300目，装入模具中，随后注入包覆剂，对模具加热升温至90℃，保温3h，得到绝缘防腐气溶胶灭火剂。
对比例以北京市某公司生产的灭火剂作为对比例对本发明制得的绝缘防腐气溶胶灭火剂和对比例中的灭火剂进行检测，检测结果如表1所示：
腐蚀性能的测试
依据gb/t4334-2008的测试条件，测试不同材质的试样浸在48℃的本发明制得的绝缘防腐气溶胶灭火剂和对比例中的灭火剂中，经连续48小时、120小时、240小时后的腐蚀速率，记录各试样的腐蚀情况。
表1性能测定结果
根据表1中数据可知，本发明制得的绝缘防腐气溶胶灭火剂，具有灭火时间短、灭火效能高、抗复燃时间久以及对保护区内的设备和文件腐蚀性小的优点，具有良好的经济效益和社会效益。